ANÁLISE COMPARATIVA DA INFLUÊNCIA DE ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM CONCRETOS E SUA MICROESTRUTURA

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1 ANÁLISE COMPARATIVA DA INFLUÊNCIA DE ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM CONCRETOS E SUA MICROESTRUTURA H. A. da Silva; E. J. P. Felix; A. C. Machado. Instituto Federal de Alagoas IFAL. Campus Maceió. Maceió, Alagoas, João Sampaio 1, Quadra A5, N 173. CEP: hygor.andrew@hotmail.com RESUMO O desgaste superficial e a porosidade são algumas das manifestações patológicas mais recorrentes na construção civil, acarretando em custos elevados para restaurar ou substituir o concreto danificado. A pesquisa buscou melhoria na resistência através de parâmetros na dosagem e execução dos concretos, avaliando corpos de prova de concretos convencionais e com adição de sílica ativa, além de analisar a sua microestrutura. Como a resistência do concreto é a capacidade de suportar a tensão sem apresentar fissuras, foram analisadas as rupturas dos corpos de prova nas idades de 7, 14 e 28 dias, observando sua trabalhabilidade. Para a seleção do concreto, de acordo com a literatura, a orientação é que a resistência à compressão é o fator de maior relevância. Por fim, os resultados indicam que a presença de sílica ativa aumenta a resistência à compressão e faz com que seja reduzido o desgaste superficial e a porosidade em concretos. Palavras-chave: concreto, microssílica, compressão, microestrutura. INTRODUÇÃO As adições em concretos vêm sendo empregadas cada vez mais nos dias atuais, muitas delas podem melhorar as propriedades mecânicas e de durabilidade do concreto, além de poder estar contribuindo com a inovação e o avanço da construção civil. As pozolanas podem contribuir para o ganho de resistência mecânica e redução de água para a trabalhabilidade devido o efeito físico das partículas na distribuição granulométrica do sistema (1). De forma geral, uma baixa resistência do concreto deve-se principalmente à baixa resistência mecânica, em particular da camada superficial, que pode ser resultado de um excesso da água de mistura, da utilização de concreto com alta relação água/cimento (a/c), do elevado abatimento, do acabamento prematuro, das condições impróprias de cura, entre outros (2). O emprego da microssílica (ou Sílica Ativa (SiO2) finamente pulverizada, com superfície específica da ordem de 10104

2 25.000m²/kg, atua beneficamente segundo dois mecanismos principais: o material reage quimicamente com a portlandita (Ca(OH)2), que atuam como obstáculos para a propagação de fissuras e resultam em compostos estáveis e de elevada resistência mecânica; se na dosagem for empregada quantidade de sílica ativa superior àquela requerida para a reação química, o material passa a funcionar como um microfiller, preenchendo os vazios entre os grânulos de cimento (3). Para o desgaste de concretos a resistência à compressão é o fator mais importante de sua resistência à abrasão. Assim, como um dos mais importantes efeitos da microssílica no concreto é a diminuição de fissuras pela sua capacidade de preenchimento dos vazios (4), os concretos que apresentam pouca exsudação tendem a ter uma camada superficial mais resistente. A compressão é universalmente usada com um índice para todos os outros tipos de resistência (5). Este estudo tem como objetivo avaliar e comparar a resistência à compressão axial do concreto com diferentes percentuais de adição de microssílica, nas idades de 7, 14 e 28 dias, submetido às condições de cura úmida. MATERIAIS E MÉTODOS O estudo foi realizado utilizando os concretos que foram produzidos no Laboratório de Matérias de Construção (LMC), localizado no Instituto Federal de Alagoas (IFAL), campus Maceió - AL, entretanto, os ensaios de resistência à compressão dos corpos de prova (6) foram realizados no Laboratório de Estruturas e Materiais (LEMA) da Universidade Federal de Alagoas (UFAL), campus A.C. Simões. Os concretos foram preparados em três grupos, resultando em 42 corpos de prova (CP s) cilíndricos (Ø10x20 cm), ver figura 1. Fig. 1 - Corpos de prova (CP s) de concreto. Fonte: Autor

3 A avaliação dos corpos de prova (CP s) foi dividida em duas etapas, cada uma com um traço. A primeira etapa foi realizada utilizando o traço com resistência característica (fck) média de 25 MPa. Já a segunda etapa foi realizada com o traço que possui uma resistência característica (fck) média de 30 Mpa. Foram produzidos concretos com 0% (convencional) de sílica ativa, para serem utilizados como parâmetros com os demais concretos com adição de microssílica, que foram, respectivamente, de 0,5%, 1,5% e 2,5% de adição em relação à massa de cimento. No processo de moldagem, o adensamento foi feito de forma manual, utilizando uma haste de aço para realizar os golpes. A desforma dos CP s ocorreu 24 horas após a betonada e em seguida os mesmos foram colocados num tanque com água para realização da cura por via úmida. Os procedimentos de adensamento, desforma e cura foram realizados seguindo as recomendações da norma brasileira (7). Caracterização dos materiais utilizados Agregado miúdo Na pesquisa foi utilizada areia média de origem quartzosa natural com distribuição granulométrica contínua, sendo esta caracterizada quanto à composição granulométrica (8). Tendo um módulo de finura de 4,01 e dimensão máxima característica de 4,75mm. Agregado graúdo Utilizou-se pedra britada de origem granítica do tipo 2, caracterizada quanto as suas propriedades físicas e seguindo os ensaios de determinação da composição granulométrica (8). Possuindo módulo de finura de 3,85 e dimensão máxima característica de 19,10mm. Aglomerante Foi utilizado como aglomerante na fabricação das peças de concreto o cimento CP II-Z-32 do fabricante CIMPOR, tendo caracterização física e química de acordo com o fabricante (9), com massa específica de 2,96g/cm³

4 Sílica Ativa A sílica ativa foi caracterizada quanto às suas propriedades físicas, seguindo os ensaios de determinação da massa específica (10) de acordo com o fabricante, com massa específica de 2,17g/cm³, do tipo ND, com peso líquido de um pacote igual a 15 quilogramas. A sílica é um subproduto da indução de fornos a arco nas indústrias de silício metálico e ligas de ferro-silício, considerada um pó extremamente fino que, em geral, possui diâmetro médio da ordem de 0,1µm e área superficial específica entre 15 e 25 m²/kg (5). Água A água utilizada na dosagem dos concretos foi proveniente da rede de abastecimento pública da cidade de Maceió, capital de Alagoas, Companhia de Saneamento de Alagoas (CASAL). Quantidade de materiais utilizados Os concretos, tanto convencionais quanto os com teores de sílica ativa, do primeiro traço com fck médio de 25 Mpa, tiveram um consumo de cimento de 458,60 kg/m³ e um consumo de água de 235,67 l/m³, sendo a relação água/cimento (a/c) de 0,51 e o traço unitário utilizado foi de 1 : 2,02 : 1,35 : 0,51 (cimento : areia : brita : : relação água/cimento). Já as peças de concreto do segundo traço, com fck médio igual a 30 Mpa, tiveram consumo de cimento de 541,40 kg/m³ e um consumo de água de 235,67 l/m³, com o traço utilizado de 1 : 1,60 : 1,15 : 0,44 (cimento : areia : brita : relação água/cimento). Análise por microscópio eletrônico de varredura (MEV) As análises da microestrutura dos concretos para os diferentes traços e adições foram realizadas com as amostras coletadas após o ensaio de resistência à compressão aos 28 dias, as quais foram submetidas à microscopia de varredura eletrônica (MEV). O ensaio foi realizado no Laboratório de Química do Instituto Federal de Alagoas, campus Maceió, por meio do microscópio eletrônico de varredura de elétrons VEGA3 LM, da marca Tescan Orsay Holding, operando neste ensaio com tensão de aceleração de 5 kv, possuindo capacidade de aumento de 2 à 10107

5 vezes para fazer a caracterização da microestrutura das amostras de concreto. RESULTADOS E DISCUSSÃO Primeiramente foram produzidos concretos experimentais com teores de adição de 10% e 5% de sílica ativa, onde no slump-test seus abatimentos foram de zero milímetro, devido capacidade elevada de absorção de água da microssílica (11), resultando em um concreto com baixa trabalhabilidade. Sendo assim, as dosagens foram estabelecidas depois de testes experimentais em 2,5%, 1,5% e 0,5% de adição de sílica ativa e os dois traços utilizados na fabricação dos concretos tem fck médio de 25 MPa e 30 MPa. Ensaio de resistência à compressão O ensaio foi realizado no Laboratório de Estruturas e Materiais da Universidade Federal de Alagoas, onde foram coletados os corpos de prova nas idades estudadas de 7, 14 e 28 dias ao ensaio de resistência à compressão. As dosagens finais mostraram resultados significativos, com o aumento da resistência à compressão nos concretos que tinham teor de sílica ativa. No primeiro traço (fck = 25 MPa), os resultados da dosagem de 2,5% reduziram em relação aos resultados de 1,5% aos 7 e 14 dias de cura, porém, com 28 dias a dosagem de 2,5% ultrapassou as resistências das demais dosagens do ensaio, como é expresso na figura 2. Fig. 2 Gráfico dos resultados do ensaio de resistência à compressão do primeiro traço Fonte: Autor

6 Já o segundo traço ocorreu o mais esperado, uma crescente resistência à compressão com o aumento do teor de sílica ativa, como é representado na figura 3, entretanto, a trabalhabilidade dos concretos também reduziu. Fig. 3 Gráfico dos resultados do ensaio de resistência à compressão do segundo traço Fonte: Autor. Análise por microscópio eletrônico de varredura (MEV) A seguir, são apresentadas as micrografias das amostras de concreto convencional e com adição de 2,5% de microssílica coletadas no ensaio de resistência à compressão com idade de 28 dias do primeiro traço (fck = 25 MPa). A figura 4 apresenta as amostras aumentadas em 358x e 271x com numa escala de 100µm, constatado na figura 4 (b) o silicato de cálcio hidratado (C-S-H). (a) (b) Figura 4 Comparação das amostras analisadas no MEV, onde (a) é do traço convencional e (b) é do traço com 2,5% de adição de microssílica (fck=25mpa)

7 CONCLUSÕES A partir das análises e comparações, foi possível identificar que a microssílica no concreto faz com que diminua a trabalhabilidade, entretanto, ainda que com pequenas dosagens houve um aumento da resistência à compressão, fazendo com que diminuíssem os poros e elevasse a resistência mecânica. Nas análises no MEV foi possível confirmar que a sílica ativa reage de forma positiva com o concreto, aumentando o silicato de cálcio hidratado (C-S-H), que atua de forma positiva na resistência do concreto, além de melhorar a ligação da pasta com os agregados e deixá-lo menos poroso, mais denso e com uma menor zona de transição entre agregado-pasta, sendo viável seu uso em pavimentações. AGRADECIMENTOS Agradecemos a todos que nos ajudaram, direta ou indiretamente, ao apoio e suporte oferecidos pelo Instituto Federal de Alagoas e a CAPES junto ao CNPq pelo financiamento da bolsa. Agradeço também aos meus pais, Jane Meyre e José Amaro que sempre valorizaram o poder da educação, como também ao meu irmão João Victor e minha prima Roneide Maria que apoiaram a pesquisa. REFERÊNCIAS 1. Nita, C; John V. M. Materiais pozolânicos: o metacaulim e a sílica ativa. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia de Construção Civil; BT/PCC/451, São Paulo, EPUSP, Formaington, H. M.. American Concrete Institute. ACI 302.1R-04 - Guide for concrete floor and slab construction. ACI Committee Thomaz, E. Tecnologia: gerenciamento e qualidade na construção. Pini. São Paulo Neville, A. M. Propriedades do concreto. 4 ed. São Paulo, Pini MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedade e materiais. 3 ed. São Paulo. IBRACON, ASSOCIAÇÃO DE NORMAS TÉCNICAS BRASILEIRA. NBR 5739: Concreto - Ensaios de Compressão de Corpos-de-prova Cilíndricos. Rio de Janeiro. ABNT

8 7. ASSOCIAÇÃO DE NORMAS TÉCNICAS BRASILEIRA. NBR 5738: Concreto - Procedimento Para Moldagem e Cura de Corpos de Prova. Rio de Janeiro. ABNT ASSOCIAÇÃO DE NORMAS TÉCNICAS BRASILEIRA. NBR NM 248: Agregados Determinação da Composição. Rio de Janeiro. ABNT ASSOCIAÇÃO DE NORMAS TÉCNICAS BRASILEIRA. NBR 11578: Cimento Portland Especificações. Rio de Janeiro. ABNT ASSOCIAÇÃO DE NORMAS TÉCNICAS BRASILEIRA. NBR NM 23: Cimento Portland e Outros Materiais em Pó - Determinação da Massa Específica. Rio de Janeiro. ABNT Silva, C. V. Influência do uso de sílica ativa na resistência à abrasão em concretos empregados em pisos. Anais do LV Congresso Brasileiro do Concreto. IBRACON COMPARATIVE ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF ADDITION OF SILICA FUME IN CONCRETE COMPRESSIVE STRENGTH AND ITS MICROSTRUCTURE ABSTRACT Surface wear and porosity are some of the most recurrent pathological manifestations in construction, leading to high costs to restore or replace the damaged concrete. The survey sought improvement in resistance through parameters in the determination and implementation of concretes, evaluating specimens of conventional concrete with added Silica fume, as well as analyze their microstructure. As the strength of the concrete is the ability to withstand the tension without cracks, analyzed the ruptures of the specimens in the ages of 7, 14 and 28 days, observing its workability. For the selection of concrete, according to the literature, the guidance is that the compressive strength is the most important factor. Finally, the results indicate that the presence of Silica fume increases the resistance to compression and makes it reduced surface wear and the concrete porosity. Key-words: concrete, microsilica, compression, microstructure